Un fenómeno exótico generalmente asociado con campos magnéticos altos se puede lograr sin un campo magnético, según predicciones teóricas de investigadores de A * STAR y Estados Unidos. Su análisis podría abrir el camino a un tipo novedoso de dispositivo optoelectrónico que opera en longitudes de onda largas.

Una partícula cargada en un campo eléctrico experimenta una fuerza que la impulsa a lo largo de la dirección del campo, creando una corriente. La partícula en movimiento también puede experimentar una fuerza perpendicular a su movimiento. Esto puede suceder en presencia de un campo magnético, por ejemplo, y puede dar lugar a una variedad de propiedades inusuales, particularmente cuando la componente perpendicular domina y el electrón comienza a seguir una trayectoria sesgada. Pero este llamado régimen de Hall a menudo requiere grandes campos magnéticos que no son prácticos para dispositivos reales.

Justin Song del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento, trabajando con su colega Mikhail Kats de la Universidad de Wisconsin-Madison, han predicho teóricamente que un movimiento de tipo Hall inusual se puede aprovechar a temperatura ambiente y sin un campo magnético en una nueva clase de materiales conocidos como materiales de Dirac con huecos1. "Los materiales de Dirac son semimetales debido a sus simetrías materiales, "explica Song". Los materiales de Dirac con espacios estrechos rompen suavemente estas simetrías, abriendo pequeñas brechas de banda ".

La ruta alternativa a un efecto Hall investigado por Song y Kats se basa en los llamados "valles" en estos materiales de Dirac con huecos. Un valle, en el contexto de la estructura de banda electrónica de un material, es un mínimo en el que pueden asentarse los electrones. Si hay dos valles con idéntica energía, los electrones en cada uno de los valles de los materiales de Dirac con huecos presentan trayectorias contrastantes.

Song y Kats explotaron este contraste al inducir un desequilibrio de electrones en un valle sobre el otro a través de la iluminación de luz polarizada circularmente. Revelaron un efecto Hall fotoinducido (fotoconductividad de Hall) con una fuerza determinada en gran medida por la longitud de onda de la luz. aumentando en un factor de hasta un millón al cambiar de la luz visible al infrarrojo lejano.

Esto significa que los materiales Dirac con huecos con un intervalo de banda electrónico más pequeño, como heteroestructuras de grafeno-nitruro de boro, son más efectivos que aquellos con una banda prohibida más grande, incluido el disulfuro de molibdeno.

Este fenómeno podría ser útil para el desarrollo de nuevas optoelectrónicas de infrarrojo lejano y terahercios. "Una perspectiva particularmente tentadora es un nuevo tipo de concepto de fotodetector que mide la corriente Hall en estos materiales Dirac con huecos, ", dice Song." Un fotodetector de este tipo podría poseer una corriente oscura neta cero incluso con un voltaje de polarización grande ".